Aufladung Funktion

W09.00-1017-79

Allgemeines

Die Aufladung am Motor erfolgt durch zwei hintereinander geschaltete unterschiedlich große Abgasturbolader (1, 2), die auf unterschiedlichen Druckstufen arbeiten. Der kleinere Abgasturbolader der Hochdruckstufe (2) arbeitet bereits bei niedrigen Motordrehzahlen. Der größere Abgasturbolader der Niederdruckstufe (1) kommt zunehmend bei höheren Motordrehzahlen zum Einsatz. Die Kombination der unterschiedlich großen Abgasturbolader (1, 2) ermöglicht es, dass der Massenstrom des Abgases (E) über den gesamten Drehzahlbereich optimal genutzt werden kann, um letztendlich den optimalen Ladedruck zu erreichen.

Mithilfe des Ladedruckstellers (Y636) kann der Ladedruck elektronisch geregelt werden. Die elektronische Ladedruckregelung:

 Ermöglicht die Einstellung des optimalen Ladedrucks über den gesamten Lastbereich

 Berücksichtigt den Einfluss anderer Systeme, die in den Abgas- und Ladeluftstrom eingreifen, wie z. B. Abgasrückführung, Ladeluftkühlung, Motorbremse, Nockenwelleneinstellung

 Berücksichtigt zahlreiche Parameter, z. B. Temperatur und Druck der Ansaugluft, Kraftstoffeinspritzdaten, Kraftstoffqualität, Ventilsteuerzeiten, etc.

 Verbessert das Instationärverhalten bei der Aufladung

 Verbessert den Motordrehmomentverlauf über den gesamten Drehzahlbereich, insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen

 Reduziert den Kraftstoffverbrauch

 Senkt die Schadstoffemission

 Erhöht die Motorleistung

Der Ladedrucksteller (Y636) ist über einen eigenen CAN-Bus am Steuergerät Motormanagement (MCM) (A4) angeschlossen. Das Steuergerät Motormanagement (MCM) (A4) wertet mit Hilfe von Kennfeldern alle regelungsrelevanten Daten aus und sendet entsprechende Botschaften an den Ladedrucksteller (Y636), der über ein Gestänge die Ladedruckregelklappe (15) betätigt. In Abhängigkeit von der Stellung der Ladedruckregelklappe (15) wird entweder das gesamte Abgas (E) zur Turbine des Abgasturboladers der Hochdruckstufe (2) geleitet, oder es wird ein Teil zur Turbine des Abgasturboladers der Niederdruckstufe (1) umgeleitet. Die Turbine des Abgasturboladers der Hochdruckstufe (2) wird ausschließlich vom direkt zugeführten Abgas (E) angetrieben. Die Turbine des Abgasturboladers der Niederdruckstufe (1) wird vom über die Ladedruckregelklappe (15) umgeleiteten Anteil des Abgases (E) und vom restlichen Anteil, welcher den Abgasturbolader der Hochdruckstufe (2) verlässt, angetrieben.

Bei niedrigen Motordrehzahlen ist der Massenstrom des Abgases (E) klein. In diesem Fall wird nur der kleinere Abgasturbolader der Hochdruckstufe (2) direkt vom Massenstrom der Abgase (E) angetrieben. So wird schon bei niedrigen Motordrehzahlen ein optimaler Ladedruck aufgebaut. Mit steigender Motordrehzahl erhöht sich der Massenstrom des Abgases (E). Ein immer größer werdender Teil des Abgases (E) wird dann direkt dem größer dimensionierten Abgasturbolader der Niederdruckstufe (1) zugeführt. Schon bei mittleren Motordrehzahlen übernimmt dessen Turbine weitgehend die komplette Turbinenarbeit.

Funktion

Beide Abgasturbolader (1, 2) bestehen jeweils aus einer Turbine und einem Verdichter, die jeweils auf einer gemeinsamen Welle (9, 13) angebracht sind. Das Abgas (E) strömt zuerst über das Turbinenrad (8) und versetzt dieses in eine Drehbewegung. Über die Welle (9) wird diese Drehbewegung auf das Verdichterrad (10) übertragen. Anschließend strömt das Abgas (E) über das Turbinenrad (12), das über die Welle (13) das Verdichterrad (14) antreibt. Das Verdichterrad (14) der Niederdruckstufe verdichtet die vom Luftfilter gereinigte Ansaugluft (B). Über ein Rohr (11) wird die vorverdichtete Ansaugluft in den Verdichter der Hochdruckstufe geleitet und dort vom Verdichterrad (10) weiterverdichtet. Am Ausgang des Verdichters der Hochdruckstufe steht jetzt die verdichtete und erhitzte Ladeluft (C) an. Über ein Ladeluftrohr gelangt die erhitzte Ladeluft (C) zum Ladeluftkühler (4). Im Ladeluftkühler (4) wird die verdichtete Luft gekühlt, wodurch sich die Luftdichte der Frischgasfüllung und somit die Leistung des Motors erhöht. Die gekühlte Ladeluft (D) gelangt anschließend über den Ladeluftverteiler (5) in die einzelnen Zylinder.

Ladedruckregelung (über Wastegate)

Mithilfe des Druck- und Temperatursensors Ladeluft (B616) ermittelt das Steuergerät Motormanagement (MCM) (A4) den momentanen Ladedruck. Ist der Ladedruck zu hoch, sendet es eine entsprechende Botschaft an den Ladedrucksteller (Y636), der über ein Gestänge die Ladedruckregelklappe (15) öffnet. Je nachdem wie weit die Ladedruckregelklappe (15) geöffnet wird, wird nun mehr oder weniger Abgas (E) über einen Bypass am Turbinenrad (8) vorbei zur Turbine des Abgasturboladers der Niederdruckstufe (1) umgeleitet. Da nur noch ein Teil des Abgases (E) auf das Turbinenrad (8) trifft, wird es nicht mehr so stark beschleunigt und der Ladedruck nimmt ab.

Abgasturboladerschutzfunktion

Über den Temperatursensor Ladeluft im Verdichtergehäuse (B614) erfasst das Steuergerät Motormanagement (MCM) (A4) die Temperatur der erhitzten Ladeluft (C) am Ausgang des Verdichters der Hochdruckstufe. In Verbindung mit dem momentanen Lastzustands des Motors erkennt das Steuergerät Motormanagement (MCM) (A4), ob der Ladedrucksteller (Y636) angesteuert und die Einspritzung angepasst werden müssen, um den Abgasturbolader der Hochdruckstufe (2) vor zu hohen thermischen Belastungen zu schützen.